汽车车灯智能控制系统毕业设计

本科生毕业设计(论文)

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汽车车灯智能控制系统设计

Design of Intelligent Control System for Automobile Lamp

总计：24页

表格：1个

插图：18幅

汽车车灯智能控制系统设计

Design of Intelligent Control System for Automobile Lamp

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完成日期：

汽车车灯智能控制系统设计

电气工程与其自动化专业

［摘要］本系统是基于单片机控制的汽车车灯智能系统，模拟并显示出汽车驾驶过程的灯光控制。其中主要包括汽车的远近光灯的模拟显示。具体是通过单片机板上的超声波测距模块和光线感应模块来控制LED灯的亮灭显示状态。在本设计过程中，通过使用单片机来控制车灯的状态，并把模拟信息在LCD上显示出来，以此加强了对单片机的了解和使用。

［关键词］单片机；电路基础；汽车车灯控制系统；LED灯

Design of Intelligent Control System for Automobile Lamp Electrical Engineering and Automation Specialty LI Lin-jie Abstract: This system is the intelligent automobile lamp based on MCU control system simulation and to show the car driving lights control. Including the car made a left turn as far as light, brake and alarm switch, analog display. Is controlled by switching actions of the MCU Board LED lights shows a left turn, right turn, brake and other corresponding State. During the design process, through the use of Protel drawing schematics, makes the circuit more intuitive and deepened understanding of Protel application.

Key words: Microcontroller; circuit theory; automobile lamp control system; LED lights

目录

1 引言 (1)

1.1汽车车灯智能控制系统的国内外发展现状 (1)

1.2课题研究的意义 (1)

2 控制系统方案设计 (1)

2.1汽车智能照明系统 (1)

2.2汽车车灯智能控制系统中的关键问题 (1)

2.3 系统设计的工作原理 (2)

3系统的硬件设计 (2)

3.1系统各模块硬件设计 (3)

3.1.1单片机模块 (3)

3.1.2超声波测量距离模块 (4)

3.1.3光感应模块 (5)

3.1.4系统复位模块 (5)

3.1.5A/D转换模块 (6)

3.1.6LCD显示模块 (6)

3.1.7 继电器模块 (7)

3.2系统主电路设计 (8)

4系统软件设计与调试 (10)

4.1 系统软件流程图 (10)

4.2 PCB软件制图 (11)

4.3 系统调试 (12)

结束语 (13)

参考文献 (14)

致谢 (19)

1 引言

1.1汽车车灯智能控制系统的国内外发展现状

在对汽车车灯智能控制系统研究的过程中国外那些实力雄厚的汽车制造商对其研究是比较早的，在二十世纪八十年代，国外的一些汽车生产商就完成了汽车的车灯智能控制系统的研究。经过十年左右时间的验证，在九十年代初，汽车的车灯智能车灯控制系统进入批量生产时期，由此在当时这一技术被成功应用并且成为豪华轿车的主要噱头。随着技术的发展，在九十年代末期，汽车的车灯智能控制系统这种技术开始在中级轿车正式应用。这种技术一直研发至今并融入了更人性化和更智能的新技术。发展到今天，这种技术已经达到了相当高的普与和应用水平。

因为我国汽车工业的起步相对较晚，发展进度不是很快，因此国内在汽车的车灯智能控制系统方面的研发技术相对较为落后一些。因为其造价相对较高，准确性以与适时控制等问题，所以这个技术仍处于研究时期。但是随着我国工业的进步和技术的发展，目前车灯的智能控制这种技术的研究也已经取得了令人欢欣的结果。

1.2课题研究的意义

汽车车灯的智能控制系统设计在汽车的日常使用行驶中起着主动安全的作用，基于这些安全问题的考虑，所以对车灯智能控制系统的研究是非常重要的。对于汽车驾驶者来说，一个智能的、可靠的车灯控制系统可以给驾驶者提供一个足够准确的路况信息，让驾驶者在夜间行驶时不用过度担心路面状况。即使在夜间行车时出现危险情况，也能够让驾驶者有充足的时间做出反应动作，使财产与人身安全的损害降到最低。并且汽车车灯智能控制系统的研究还可以为我国的汽车行业的发展提供强有力的技术支撑，在加快汽车行业发展方面有重大意义。

2 控制系统方案设计

2.1汽车智能照明系统

汽车智能照明系统是指那些以车内数据网络的传感器为基础，在特定环境下由人或者由车辆智能照明系统决定哪一种照明方式才是最理想的照明方式。智能照明系统主要是车辆通过对方向盘转动的角度信号、刹车信号、车速信号等的信号信息采集来对照明系统进行控制，极大减少了传统汽车照明系统中无法调节照明角度，驾驶员不能与时对车灯照明做出控制的问题。从而为驾驶员提供了更加智能和有效的照明，同时也为人类的人身安全和财物安全提供了非常可靠的技术保障。

2.2汽车车灯智能控制系统中的关键问题

汽车在日常行驶的过程中，为了简化驾驶员的操作，使汽车在行驶中更加方便和安全，现在许多汽车上都装有车灯智能控制系统。然而对于不同的生产厂家和不同型号的汽车有不同的结构，这使得在研发智能汽车车灯控制系统时很难有一个统一的标准。而且又因为智能车灯控制系统目前的研究还不是太成熟，所以汽车车灯智能系统中主要有以下关键问题：

1）车灯自动开启并矫正精度问题。

2）系统的抗干扰能力。

3）车灯智能控制的散热问题。

本设计采用ATC89C51作为的MCU的控制中枢，该控制系统开发成本低、系统功耗低、信号处理能力强，性价比更为出色。系统以计算机技术为主并以其他手段作为辅助，使该系统能够实现精准控制并且系统的抗干扰能力强，使其更符合汽车未来智能化控制的发展趋势。

2.3 系统设计的工作原理

本系统以单片机为基础，通过模拟出汽车行驶过程中的各个状态来实现灯光的显示并在LCD显示屏上显示出模拟信息。MCU根据传感器输入的信号进行处理判断，进而做出命令控制车灯的亮灭[1]。同时，车辆在行驶前或者在行驶过程中，本系统通过检测车灯的供电线路的反馈电流来判断车灯是否处于故障状态。图1为本系统的工作原理图。

图1 工作原理图

车灯的智能控制开关放在远光灯的控制器中，自远光灯开启时就自动启动了智能车灯自动控制系统。这个智能车灯控制系统当检测到对面的车开启灯光时并且灯光被光检测输入电路感应到，然后向MCU发送有效的高电平。此时MCU根据检测到的的有效信号来开启调光控制输出电路这个模块，来将远光灯切换为近光灯。否则单片机继续检测输入信号。具体模拟显示如下：

1）车辆自动根据外界的实际情况来控制车灯的开启或关闭状态。比如：当车辆进入隧道、地下停车场等光照强度不够的环境下或在夜间行车时。由于会影响驾驶员的正常驾驶，所以这时车辆会自动打开前照灯。当车辆在白天等光照强度足够的环境下行车时，这时车辆会自动关闭前照灯。

2）在夜间行车时，此时前照灯会自动打开。系统可以根据前方障碍物的距离来自动切换前照灯的远近光状态。比如：在夜间会车时，系统自动将前照灯的照明状态切换成近光照明模式，会车结束后自动将前照灯恢复原来的光照状态。

3系统的硬件设计

3.1系统各模块硬件设计

3.1.1单片机模块

AT89C51是由ATMEL科技公司设计并生产的具有4K闪存记忆的8位CMOS微型计算机芯片[2]。因为其具有不挥发的性质且访问速度快和精度高等的优点，使其具有很高的可靠性、良好的实时性、较快的处理速度且掉电后重要数据不会无缘无故丢失, 这使得其性价比远高于其他同类产品。其具体特点如下：

1）良好的产品兼容能力。

2）反复擦写能力强。

3）静态操作能力高。

4）三级程序存储器加密。

5）有低功耗和掉电两种工作模式。

AT89C51芯片的引脚图片如图2所示。

图2 A T89C51引脚

本系统采用的是40脚的双列直插封装方式的单片机[3]。其中：

1）XTAL1（19管脚）。该管脚与晶振的一端相连并且也和电容的一端相连接，然后一起与MCU内部振荡电路相连，然后产生由外部晶振决定的振荡波频率。

2）XTAL2（18管脚）。这个管脚和晶振与电容的另外一端口相连。

3）RST（9管脚）。这个管脚是整个MCU复位状态脚，只有在这个管脚出现高电平的时候MCU才执行复位。

4）ALE/PROG（30管脚）。正常工作的状态下，这个引脚为允许地址锁存信号输出。还可以将这个引脚用于对外输出的时钟信号。

5）PSEN（29管脚）。这个引脚全称是程序存储器允许输出控制端口。

6）EA/Vpp（31管脚）。当这个管脚是高电平的时候，MCU读取的是内部程序存储器。当这个引脚是低电平的时候，此时MCU读取是外部的ROM。由于平时我们使用的MCU都有内部ROM，所以在电路设计时这个管脚一直都接在高电平上。

7）P0口，P0.0～P0.7（39～32管脚）。P0口这个端口是一组双向的三状态的I/O 端口。但是不能正常的输出电平。所以日常如果要使用这个端口的时候是需接上拉电阻的。

8）P1口，P1.0～P1.7（1～8管脚）。这组管脚接口是准双向接口，每一个端口都是可以独立控制的，且内部有上拉电阻。可是由于这个端口没有高阻态状态，以至于MCU 产生的信号不能进行锁存，所以称这个端口为准双向口。

9）P2口，P2.0～P2.7（21～28引脚）该接口功能和P1口相似。

10）P3口，P3.0～P3.7（10～17引脚）。该口有两个功能，作第一功能使用时，功能与P1口差不多类似[4]。

3.1.2超声波测量距离模块

在该系统中，使用的超声波测距模块是HC-SR04，这个测距模块可以测试的距离范围是2cm到400cm距离的非接触式距离感应测试[5]。HC-SR04测距模块的测距精度可高达3mm。其工作原理是：

1）该模块使用TRIG进行距离测试。

2）这个超声波模块可以自己自动向前发送超声波信号，如果碰到障碍物还会自行接收反射回来的信号，并分析信号，最终通过一系列的计算得出车辆与障碍物之间的距离。

3）如果在信号发射后始终没有超声波信号的返回，则该系统会自行检查是不是超声波系统出现了问题，在检测的时候会向驾驶员放出鸣响提示。如果超声波系统没有问题，则鸣响提示消失，驾驶员可以安心驾驶。如果自行检测后，发现超声波系统存在问题则系统会一直鸣响进行提示，建议驾驶员赶快进行维修处理。注：声音的传播速度为340m/s。

图3为是超声波测距模块实物图[6]。表1是实物图引脚的说明。

表1 超声波测距模块引脚说明

图3 超声波测距模块实物图

3.1.3光感应模块

在夜晚行车时，当出现辆车迎面相遇的情况下，车辆偏离主轴位置后，照射角度会发生变化变化，照明亮度还会下降，探测环境光线较弱，所以远光传感器的选取着重的是其在微弱光线下的灵敏度和线性度，加之各种车灯的发射光谱均处于可见光范围，故本设计采用光电池作为远光传感器，它的光谱响应特性曲线与人眼光谱光视效率曲线接近，对可见光频率的光谱响应度好，同时光电池感光面积大，适合用于对低照度的测量。本系统的感光模块是由光敏电阻组成的。光敏电阻其实就是用具有半导体功能的光电传感器制做成的一种电阻。该器件随着入射光照强度弱，电阻阻值减小，入射光照强度高，电阻阻值就会相应的增大[7]。其电路图如图4所示。

图4 光感应模块和A/D转换模块电路

这个光感应电路的工作过程是：如果在光照强度足够的环境下，光敏电阻GR1受到光的照射其阻值增大，导致没有光照的模拟信号传入A/D转换器中，也就不能进行下一步的信号转换。相反，如果没有足够的光照，则光敏电阻GR1阻值减小，模拟电流流入A/D转换器中进行下一步的转换。

3.1.4系统复位模块